川南硬脆性页岩井壁失稳机理实验研究

川南地区是我国最早开发页岩气的地区,肩负着推动我国页岩气发展的重要任务。但是川南地区页岩气藏钻井过程中井壁垮塌严重,影响了该地区页岩气藏的勘探开发进程。基于现场取芯室内实验,从微观结构、矿物组分及流体对岩石物性的影响,对该地区页岩进行研究。分析了硬脆性页岩稳定性。得出该地层井壁失稳机理主要是在井筒压差以及毛管力作用下钻井液滤液沿层理面渗入,导致层理面的力学性质发生变化,从而引起页岩整体强度下降出现剥落,最终造成井壁失稳垮塌。通过对该区块页岩实验研究分析,为该地区页岩钻井过程中钻井液优选提供有效的理论支撑,确保页岩层段钻进高效、顺利地进行。

泥煤互层段井壁稳定分析新方法

井壁稳定是泥煤互层段地层安全钻进的一大难题。常规计算模型没有考虑不等厚煤层与泥页岩失稳时的相互影响,获得坍塌密度低于实际钻井工况条件下,容易造成局部不稳定地层失稳引起井壁大面积垮塌。文章通过岩石理化性能与力学实验,系统分析煤层及互层面的失稳机理,结合不稳定地层非连续性,建立了考虑泥煤互层影响的井壁坍塌压力计算模型,获得互层段坍塌压力随岩性变化的规律。计算结果表明互层段在考虑不同地层失稳影响后地层坍塌压力更大。该评价方法应用于吐哈油田泥煤互层段井壁稳定分析,理论计算与实际工况吻合程度高,为钻遇类似井段井壁稳定准确分析奠定了重要的基础理论。

华北沙河街组气体钻井井壁稳定性研究

华北ND潜山构造中深部地层可钻性差、研磨性强,严重影响勘探开发进度。为探索提高该层段机械钻速途径,在沙河街组采用气体钻井,展示了气体钻井提速的巨大潜力。但气体钻进过程中井壁失稳问题一定程度上限制了气体钻井有效应用,成为提速的瓶颈。针对沙河街组复杂岩性分布以及地层流体产出,结合工程地质特征及实验分析开展沙河街组气体钻井井壁稳定性研究,充分发挥气体钻井优势,为进一步论证沙河街组地层气体钻井可行性提供理论基础,具有重要的指导意义。

气体钻进过程地层液体侵入量计算及携液规律研究

气体钻井具有大幅提高钻速和单井产量、有效防止恶性井漏的技术优势,是深井提速、大规模低品位油气资源高效勘探开发的关键技术方法,然而一旦地层出液后,井筒内的岩屑与地层侵入液相互作用,可能造成井内泥包和井眼堵塞的井下复杂事故,常常导致钻井失败。文章基于随钻试井和井筒多相流理论,建立了气体钻井过程中非均质圆形封闭地层瞬态产液理论模型,并提出了考虑液滴大小和液滴变形特征的气体携液能力计算方法。通过室内实验台架模拟了气体钻井地层出水后的动态携液过程,表明理论携液量与实际携液量相符。结合现场气体钻井实例计算得出地层的产液量与地层物性、钻井参数等相关;增加注气量和降低气液两相界面张力能够有效地减小液滴尺寸,提高气体钻井的携液能力。

气体钻井环空携水能力研究

气体钻井在某些方面具有常规钻井液钻井不可比拟的优势,在深层海相地层勘探开发过程中能够提高钻速、降低成本、减小对储层的伤害,具有广阔的应用前景。然而,当钻遇出水地层时,岩屑若遇水水化,黏度增大,容易导致钻头泥包、井眼堵卡等井下复杂问题,影响气体钻井的安全性。依托气体钻井井筒多相流大型实验架,对出水地层气体钻井携水规律进行实验研究。着重分析了井底携水搅动、井壁湿润、液膜形成及回落、液膜波动前进等携水现象,在实验结果分析的基础上,通过对环雾流携水规律的研究,提出了气体钻井极限携水能力计算模型。模型计算结果与实验结果相吻合,表明具有现场实用价值。

基于腐蚀时间效应的含H_2S/CO_2环境中的腐蚀速率预测模型

高含H_2S/CO_2高温高压气井中井筒油管、套管的腐蚀已成为制约井筒完整性的主要因素,一旦井筒完整性失效将会给油气田的开发造成重大影响,并可能导致严重的人员安全、环境及经济损失。由于高温高压H_2S/CO_2环境腐蚀机理较为复杂,国际上使用较为广泛和经典的DE Waard腐蚀速率计算模型已不能预测类似高温高压复杂环境下井筒的腐蚀速率。目前,实验室通常开展短期的腐蚀测试试验,并以此数据预测长期的腐蚀速率,但长期的腐蚀速率与短期腐蚀速率差异甚大。因此,为了准确地预测服役寿命周期内油套管的腐蚀状况,采用自主设计制造的高温高压材料损伤试验平台,模拟气井井筒的实际腐蚀环境,开展CO_2、H_2S腐蚀环境中的电化学腐蚀速率测试试验,研究了不同测试时间下的腐蚀速率,分析了腐蚀速率的时间效应。结果表明:在管柱服役早期,其腐蚀速率较大,随着服役时间的延长,由于形成了腐蚀产物膜以及腐蚀性气体浓度的降低,腐蚀速率逐渐降低直至稳定于某一较低值。最后,利用数理统计方法建立了考虑腐蚀时间效应的腐蚀速率预测模型,可为合理选择油套管材质和油气井的安全评价提供依据。

深层致密气藏钻井液技术难点及对策

深层致密气藏具有埋藏深、温度高、低孔低渗、微裂缝发育、非均质性强等特点,钻井作业过程中极易遭受储层损害;此外深井水平井作业过程中,摩阻、扭矩较大,易发生托压、钻具阻卡等复杂情况。为解决这一系列技术难题,选择了低密度抗高温水包油钻井液。现场应用表明,该钻井液体系流变性稳定,环空压耗低,润滑性好,且具有良好的储层保护效果。加之其低毒性、对环境友好的特点,具有一定的推广和应用前景。

预膜时间、腐蚀温度和介质流速对油井管缓蚀剂缓蚀性能的影响

采用咪唑啉类缓蚀剂对P110S油管钢进行预膜处理和腐蚀试验,研究了预膜时间(0.54h)、腐蚀温度(30120℃)和介质流速(212m·s-1)对缓蚀性能的影响。结果表明:随缓蚀剂含量增加和预膜时间延长,缓蚀率增大,油管钢表面成膜效果提高;缓蚀剂质量浓度为300mg·L-1,预膜时间为2h时的缓蚀效果较好;随腐蚀温度升高,缓蚀剂的缓释率降低,预膜2h试样的耐腐蚀性能先降低,当温度升到80℃时耐腐蚀性最差,缓蚀剂开始失效;随介质流速增大,预膜2h试样的腐蚀速率逐渐增大;当介质流速高于10m·s-1时,预膜试样发生严重腐蚀,该缓蚀剂不再适用。

四川盆地高磨区块震旦系气井效益防腐工艺技术

四川盆地高石梯~磨溪区块震旦系灯影组气藏具有埋藏深、高温、常压、强非均质性特征,单井产量差异大,且含H 2S和CO 2等腐蚀性介质。为了实现对该气藏的安全、效益开发,确保井下管柱完整性。在分析井筒腐蚀环境的基础上,通过开展经济效益分析和井筒流动条件的动态腐蚀评价实验,优选主体防腐方案;结合完井管柱结构优化设计研究以及井下缓蚀剂加注、缓蚀剂预膜等实验评价,形成了一套适合于震旦系灯四气藏开发的井下防腐工艺技术:优选碳钢材质+缓蚀剂的主体防腐方案;优化形成了适合震旦系气藏开发的完井管柱结构;制定了满足气井生产需求的缓蚀剂加注制度。现场应用效果表明,该技术有效的降低了完井成本,满足震旦系含硫气井井下防腐要求。可为类似气田的效益开发提供参考。

油套管用特殊螺纹连接密封完整性探讨

开展了高温和室温环境下A系全包络线载荷试验评价和基于试验的密封性能有限元模拟,依据气密封能判据分析了不同等效全包络线载荷2次循环的密封能和密封能倍数变化规律及危险载荷点,并对危险载荷点开展了应力松弛时间效应分析。研究结果表明:模拟工况载荷的试验评价是一种不考虑现场操作和井下载荷波动不确定性以及安全使用余量的方法;API RP5C5试验评价是一种依据材料强度性能计算出载荷的方法,未充分考虑材料高温应力松弛时间效应的影响。建议增加基于时间效应的试验评价和有限元密封性能分析。

油套环空带压气井漏点位置放压诊断研究

高压含硫气井中天然气通过完井管柱渗入油套环空的情况较常见,环空压力超过额定承压能力时,气井将面临较大泄漏风险。漏点位置是适当控制油套环空压力、制定处理措施的重要参考数据。下入漏点检测仪器可确定漏点位置,但是影响生产,费用高,目前应用较少,因此有必要研究漏点位置地面放压诊断方法。基于多相流原理,首先研究了油套环空带压的原因与过程,提出了3类带压原因及其特点,5个气体窜入环空的过程与带压特征,然后针对完井管柱渗漏引起的油套环空带压,依据长时间渗漏后达到压力平衡的原理,建立起压力平衡模型,在此基础上依托多相流计算形成漏点位置计算方法。将油套环空放压测试与漏点位置计算方法相结合,进一步形成漏点位置放压诊断方法,并开展现场应用,确定了漏点大致位置,对油套环空带压气井的生产管理提出了有效建议。形成的漏点位置放压诊断方法为简便有效地粗略确定漏点位置提供了途径,对气井的生产管理和措施制定具有重要作用。

地下储气库注采井不同井段水泥环密封性能实验

针对我国西南地区首座地下储气库--相国寺储气库投产后注采井出现较大比例的B环空异常带压问题,采用室内实验的方法,根据注采井100 m、900 m、2000 m垂深处温度和压力差异,设计了不同的水泥石养护温度和加载围压,并采用小尺寸的水泥环完整性测试装置基于应力等效原理测试了从井底到井口水泥环在试压和注采时的密封能力。实验结果表明:①井筒不同深度段水泥候凝温度和围压差异较大,同一种水泥浆体系在实际固井后沿井筒深度具有不同的机械性能,导致不同井段水泥环密封性能存在着巨大的差异;②交变载荷会导致水泥环的压实和累积损伤,加剧水泥环的密封失效;③注采井2000 m处水泥环在试压和注采工况条件下,密封性完好,没有发生泄漏,1000 m处水泥环在试压工况下能保持完好,在循环交变载荷下存在着水泥环密封失效的现象,井口附近100 m处水泥环在试压工况和注采工况时均出现了泄漏;④实验结果揭示,在试压和注采工况下,井筒中上部水泥环密封失效是造成B环空异常带压的根本原因。结论认为,该研究成果可以为提高地下储气库注采井固井水泥环密封的可靠性提供实验数据支撑。

储气库注采井水泥环破坏机理实验研究

储气库注采井的注气与采气、环空带压与泄压等情况使井筒反复承受加载卸载,水泥环因此受到不同程度的损害,严重时导致地层气体窜入环空。为了研究注采井水泥环的破坏机理,针对某储气库B环空上部水泥环的工况条件,开展了水泥环承受8.1 MPa和13.6 MPa循环内压的实验模拟,并对水泥环进行了密封性、渗透率、SEM电镜扫描、微CT扫描分析,探究水泥环微裂缝和孔隙的变化情况。实验表明,8.1 MPa的内压循环30次未造成水泥环气窜,13.6 MPa的内压循环23次则导致气窜,与某储气库出现浅层气窜入B环空的情况相符;循环载荷可导致水泥环产生微裂缝,随着循环载荷压力值的增加,取样渗透率逐渐小幅度增加,微裂缝产生越多,裂缝扩展越大,甚至出现贯穿缝;微环隙由水泥环微观结构破坏持续累积造成,对于固井质量良好的环空,水泥环发生微观结构破坏是气窜的本质原因;水泥环微观结构破坏和界面产生微环隙均可直接引起气窜,主导者受多种因素影响而变化。实验结果揭示了循环载荷下注采井水泥环的破坏机理以及与气窜的关联性,对储气库运行优化和新建储气库的井筒质量控制具有指导意义。

高温高压深井多封隔器分段改造管柱优化设计

针对水平井多封隔器高强度分段改造作业引起的管柱失效事故频发问题,充分考虑多封隔器分段改造井油管内流动和井筒传热特点,建立了井筒温压场精细预测数学模型;同时考虑封隔器间环空压力的各影响因素,建立了封隔器间环空压力瞬态预测数学模型,结合封隔器管柱强度校核理论,形成了一套多封隔器分段改造管柱设计方法。以一口高温高压深井为例,应用建立的设计方法开展了多封隔器分段改造管柱力学分析和优化设计,计算结果表明,井筒温压场的精细模拟和封隔器间环空压力的瞬态预测对多封隔器分段改造管柱设计至关重要。研究结果对多封隔器分段改造技术在高温高压深井中的推广应用提供了技术支撑。

NAFENet:基于全局注意力特征融合的螺纹扭矩曲线分类网络

为了提高螺纹油套管气密封检测的工作效率,本文提出了一种基于全局注意力特征融合的螺纹扭矩曲线自动分类网络,即NAFENet.具体来说,NAFENet为了增强模型的表达力,将EfficientNet-B0的卷积结构扩展至11层得到EfficientNet-B11.同时,在其每个MBConv卷积层中构建了基于non-local全局注意力和AFF特征融合模块,以帮助模型获取曲线图像中较为全局的信息,提高特征提取能力.实验结果表明,NAFENet在参数量相较于EfficientNet-B0只有小幅度的增加情况下,曲线识别精度有了较大提升,在自制UBT_Curve数据集上,模型准确率达到92.87%.

高温高压含硫气井屏障部件失效概率分析

目前中外油气井定量风险评估普遍采用的WellMaster和OREDA的井屏障部件失效概率数据库对四川盆地高温高压含硫气井的准确性及适用性均较差。因此,为了针对四川盆地高温高压高含硫气井特点,根据各井屏障部件的质量、服役环境、测试结果和管理水平等分析,对井屏障部件实际服役条件下的失效概率计算方法进行研究,利用层次分析法将评价指标分为目标层、准则层、方案层3个层次,采用1-9标度法建立评价矩阵进行失效影响因素的加权权重计算,实现定性与定量方法的结合,准确地获取了不同井况条件和井屏障现状下的失效概率值。结果表明,基于层次分析法所建立的失效概率修正计算方法可以有效地结合各部件影响程度的已知数据,同时可对数据库的失效数据进行较为准确的修正。

采气树超声相控阵检测工艺优化与应用

采气树几何结构复杂,检测空间受限,检测区域定位困难,导致超声相控阵检测采气树内壁冲蚀腐蚀状况存在作业效率低,人为操作误差大的问题。同时,HH级采气树阀门脖颈内部有耐蚀合金内衬层,精确检测并评估内衬层完好性比较困难。文章通过优化检测参数和成像处理方法,采用自动化定位检测工装与柔性探头组合开展现场检测,结果表明,自主研发的自动化定位检测工装配合柔性探头实现了精准定位和匀速检测,使检测误差低于7%,检测速度提升60%;优化后的检测参数和成像处理方法能精确识别出HH级井口装置的耐蚀合金内衬层,检出率达到100%。超声相控阵检测采用自动化定位检测工装+柔性探头组合能降低作业风险和强度,适应当前采气树内壁冲蚀腐蚀检测,为采气树服役能力评估提供了可靠的数据支撑。

气井完整性屏障系统可靠性定量评价方法研究

高温高压高含硫气井当前已经形成了基于两级完整性屏障分析的气井完整性评价方法,该方法将井完整性屏障评价分为一级井屏障和二级井屏障,通过孤立的分析各级屏障部件服役状况来确定气井完整性状况,但针对大量非三高气井的完整性评价,直接采用两级屏障分析方法获取的井完整性评价结论过于保守,因为单一的屏障部件削弱和失效并不会导致井筒流体不受控制的进入地表或大气。因此,文章引入一种全新的井完整性分析方法。该方法将气井完整性屏障作为一个不可分割的整体进行系统可靠性分析,通过引入事件树分析方法,对井屏障系统进行泄漏路径识别,构造事件树及系统逻辑框图,分析各个泄漏路径上各级完整性屏障部件的失效概率,并依据系统逻辑框图定量计算气井井屏障系统发生失效的可能性。

水力喷射径向钻孔增产技术选井选层研究

为了实现致密油气藏井、低产井增产,除了采用酸化压裂技术,还可以采用水力喷射径向钻孔增产技术。该技术是指在套管完井的直井中,先套管开窗,然后由开窗口喷射进入地层形成孔眼,采用该方法沿井筒径向钻出多个孔眼实现增产。目前该技术在国内油气田处于推广应用阶段,配套工具和施工技术已较成熟,但是在选井选层方面缺乏相应的指导依据,在一定程度上影响到实施效果。文章首先阐述了该技术需要满足的地层和井筒条件要求,然后建立起水力喷射径向钻孔井产量公式,根据产量公式计算结果进行产层优选分析,得出产层优选条件。对四川地区开展的4口水力喷射径向钻孔试验井进行了产层特征分析,进一步明确了适合的产层特征。研究结果表明,成功施工后的井不一定都大幅度增产,综合产层优选分析结果、现场试验井情况提出了适合该技术的油气井类型。在适当选井选层的前提下,该技术施工后再酸化压裂可取得更好的增产效果。

在役井口阀门内部阀杆腐蚀的相控阵超声检测

为实现在役井口阀门内部阀杆腐蚀情况的检测与评价,针对井口阀杆难以拆卸,磁粉、涡流、超声等无损检测方法难以直接穿透阀体进入内部检测等关键问题,提出了一种端部激励的相控阵超声检测方法。首先使用COMSOL有限元分析软件建立仿真模型,研究了典型阀杆结构的声场分布规律并分析结构回波特征,然后制作缺陷深度为2~8 mm的阀杆试件,对刻有人工缺陷的阀杆试件进行检测,并装入阀门内部进行检测,完成对阀杆特征结构与缺陷的定位。仿真和试验结果表明,在阀杆端部进行相控阵超声激励可以有效地识别阀门内部深度为2 mm的缺陷,验证了在不拆卸阀门内部阀杆的情况下,对其进行相控阵超声检测的可行性。